(57)【要約】【課題】測定対象物の形状測定を効率的に行える立体形状測定方法及び外観検査装置を提供することにある。【解決手段】演算処理装置７の未測定面抽出部７１は、画像形状測定部７０で抽出して取得した測定対象物の輪郭線データと、記憶部８に予め記憶してある三次元形状データから得られる当該測定対象物の輪郭線データとを比較してカメラ３の画像データで認識できる測定対象物の面を測定プローブ４による物理的形状測定の対象面から除外する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラで撮像した測定対象物の画像データによる形状測定と、物理的形状測定手段による物理的形状測定とを用いる立体形状測定方法であって、所定位置から前記測定対象物を前記カメラで撮像する第１のステップと、前記カメラの撮像で得られた画像データから前記測定対象物の輪郭線を取得する第２のステップと、該第２のステップで取得した前記測定対象物の輪郭線と予め作成されている前記測定対象物の三次元形状データから得られる該測定対象物の輪郭線とを比較して前記カメラの画像データで認識できる面を前記物理的形状測定の対象面から除外する第３のステップと、除外されなかった前記物理的形状測定の対象面上の測定点を求める第４のステップと、求めた前記測定点に対して物理的形状測定手段による物理的形状測定を行う第５のステップとを経て立体形状測定を行うことを特徴とする立体形状測定方法。
【請求項２】
前記カメラの画像データで認識できない面の内、該カメラの撮像方向に輪郭線を投影した形状が前記画像データから取得した測定対象物の輪郭線で囲まれた範囲に含まれる面について、前記物理的形状測定の対象面から除外するステップを前記第４のステップの前に設けていることを特徴とする請求項１記載の立体形状測定方法。
【請求項３】
カメラで撮像した測定対象物の画像データから形状測定を行う画像形状測定手段と、測定対象物の形状を物理的に測定する物理的形状測定手段とを備えた外観検査装置であって、前記測定対象物の三次元形状データを記憶している記憶手段と、前記画像データから前記測定対象物の輪郭線を抽出して該輪郭線と前記三次元形状データから得られる前記測定対象物の輪郭線とを比較して前記カメラの画像データから得られる面を前記物理的形状測定手段による物理的形状測定の対象面から除外する未測定面抽出手段と、前記物理的形状測定の対象面上の測定点を求める測定点発生手段と、該測定点発生手段で求めた前記測定点に対して測定可能なように前記物理的形状測定手段の前記測定対象物に対する相対位置関係を制御する制御手段と、前記画像形状測定手段による画像形状測定及び前記物理的形状測定手段による物理的形状測定の結果と前記三次元形状データとを比較してその比較結果を提示する照合手段とを備えたことを特徴とする外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体形状測定方法及び外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤカメラで撮像して得られた測定対象物の画像データを用いて測定対象物の形状測定を行う方法は、短時間で広範囲の測定が可能であるが、二次元画像を用いた測定であるため、大きな段差や深い穴底にある形状等は測定できない。
【０００３】
このような二次元画像を用いた形状測定では不可能な段差や穴底にある形状を測定する方法として測定プローブを用いた接触式形状測定（物理的形状測定）方法が提供されている。またこの物理的形状測定において、画像データを利用する三次元測定システムも提供されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２６００３３号公報（段落番号００１１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されている三次元測定システムでは、画像データを利用するが、この画像データ利用は、測定対象物がずれてパレットにセットされた場合でも測定プローブと測定対象物とが干渉しないようにするために、測定対象物を基準とする真の座標系を求めるためであった。
【０００５】
従って測定プローブを用いた物理的形状測定の場合における課題、つまり測定手順情報の作成時間に要する時間がかかるという課題がある。また大量の測定点を必要とする広範囲の領域の場合、測定時間がかかるという課題も依然ある。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みて為されたもので、その目的とするところは測定対象物の形状測定を効率的に行える立体形状測定方法及び外観検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、請求項１の立体形状測定方法の発明では、カメラで撮像した測定対象物の画像データによる形状測定と、物理的形状測定手段による物理的形状測定とを用いる立体形状測定方法であって、所定位置から前記測定対象物を前記カメラで撮像する第１のステップと、前記カメラの撮像で得られた画像データから前記測定対象物の輪郭線を取得する第２のステップと、該第２のステップで取得した前記測定対象物の輪郭線と予め作成されている前記測定対象物の三次元形状データから得られる該測定対象物の輪郭線とを比較して前記カメラの画像データで認識できる面を前記物理的形状測定の対象面から除外する第３のステップと、除外されなかった前記物理的形状測定の対象面上の測定点を求める第４のステップと、求めた前記測定点に対して物理的形状測定手段による物理的形状測定を行うステップとを経て立体形状測定を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の立体形状測定方法の発明によれば、測定プローブ等の接触によって物理的形状測定を行う対象面を自動的に限定することができ、その結果高速に測定対象物の立体形状を測定することができる。
【０００９】
請求項２の立体形状測定方法の発明では、請求項１の発明において、前記カメラの画像データで認識できない面の内、該カメラの撮像方向に輪郭線を投影した形状が前記画像データから取得した測定対象物の輪郭線で囲まれた範囲に含まれる面について、前記物理的形状測定の対象面から除外するステップを前記第４のステップの前に設けていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の立体形状測定方法の発明によれば、物理的形状測定の対象面を更に限定して測定対象物の立体形状測定をより高速に行うことができる。
【００１１】
請求項３の外観検査装置の発明では、カメラで撮像した測定対象物の画像データから形状測定を行う画像形状測定手段と、測定対象物の形状を物理的に測定する物理的形状測定手段とを備えた外観検査装置であって、前記測定対象物の三次元形状データを記憶している記憶手段と、前記画像データから前記測定対象物の輪郭線を抽出して該輪郭線と前記三次元形状データから得られる前記測定対象物の輪郭線とを比較して前記カメラの画像データから得られる面を前記物理的形状測定手段による物理的形状測定の対象面から除外する未測定面抽出手段と、前記物理的形状測定の対象面上の測定点を求める測定点発生手段と、該測定点発生手段で求めた前記測定点に対して測定可能なように前記物理的形状測定手段の前記測定対象物に対する相対位置関係を制御する制御手段と、前記画像形状測定手段による画像形状測定及び前記物理的形状測定手段による物理的形状測定の結果と前記三次元形状データとを比較してその比較結果を提示する照合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の外観検査装置によれば、測定プローブ等の接触によって物理的形状測定を行う対象面を自動的に限定することができ、その結果高速に測定対象物の立体形状を測定することで、検査速度の速い外観検査装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、測定プローブ等の接触によって物理的形状測定を行う対象面を自動的に限定することができ、その結果高速に測定対象物の立体形状を測定することができる立体形状測定方法を提供することでき、また検査速度の速い外観検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を実施形態により説明する。
(実施形態１）
図１は本実施形態の外観検査装置の構成を示しており、測定対象物１をセットするＸ−Ｙテーブル２と、Ｘ−Ｙテーブル２上方に配置してあるＣＣＤカメラのようなカメラ３と、測定対象物１の表面上の測定点に接触させて当該測定点の測定対象物１の三次元座標情報を取得するための測定プローブ４と、Ｘ−Ｙテーブル２をＸ−Ｙの２次元方向に移動させるテーブル駆動機構部５と、測定プローブ４を上下（Ｚ軸）方向に移動させるためのプローブ駆動機構部６と、コンピュータシステムからなる演算処理装置７と、測定対象物１のＣＡＤデータ（以下三次元形状データという）をＣＡＤシステム(図示せず）から予め取得して記憶しておく記憶部（記憶手段）８とから構成される。
【００１５】
カメラ３はＸ−Ｙテーブル２の上面に対して垂直方向に撮像方向が設定され、Ｘ−Ｙテーブル２上にセットされている測定対象物１の表面に対して焦点が合焦するように設定される。
【００１６】
演算処理装置７は、画像形状測定部（画像形状測定手段）７０、未測定面抽出部（未測定面抽出手段）７１、測定点発生部（測定点発生手段）７２、コントロール部（制御手段）７３、測定プローブ４とで物理的形状測定手段を構成する形状測定部７４、照合部（照合手段）７５を機能として備えており、その内の画像形状測定部７０はカメラ３で撮像された測定対象物１の画像データを取り込んで、その画像データを２値化し、その２値化画像データから測定対象物１の輪郭線抽出を行って測定対象物１の輪郭形状を測定する。
【００１７】
未測定面抽出部７１は、画像形状測定部７０で抽出して取得した測定対象物１の輪郭線データと、記憶部８に予め記憶してある三次元形状データから得られる当該測定対象物１の輪郭線データとを比較してカメラ３の画像データで認識(形状測定）ができる測定対象物１の面を測定プローブ４による物理的形状測定の対象面から除外する処理を行う。つまり画像形状測定部７０による形状測定で未測定となった面を抽出する処理を行う。
【００１８】
測定点発生部７２は、未測定面抽出部７１で抽出された未測定面、つまり物理的形状測定の対象面に、測定プローブ４を接触させて形状測定を行うための測定点（測定点を示す座標データ）を求める処理を行う。
【００１９】
コントロール部７３は、測定点発生部７２で求められて設定された測定対象物１表面の測定点に測定プローブ４を相対的に移動させて接触させるために、テーブル駆動機構部５によりＸ−Ｙテーブル２を移動させ且つプローブ駆動機構部６を制御して測定プローブ４を上下方向に移動させる処理を、求められた測定点に基づいて作成される後述の測定経路プログラムの実行により行う。
【００２０】
形状測定部７４は、測定プローブ４の測定点に対して接触させて得られる三次元座標データに基づいて三次元形状測定データを生成する。
【００２１】
照合部７５は、画像形状測定部７０及び形状測定部７４で得られた形状測定の結果を示すデータと、記憶部８に記憶されている当該測定対象物１の三次元形状データとを比較照合し、当該測定対象物１の外観形状がＣＡＤで作成された所望の三次元形状を満足させているものかどうかを検査結果として表示手段（図示せず）等により提示する。
【００２２】
次に本発明の外観検査装置における立体形状測定方法を図２に示すフローチャート及び図３，図４に基づいて説明する。
【００２３】
まず、本発明の外観検査装置は、微小な端子をインサート成形しているような成形体を検査対象物、つまり測定対象物１としており、外観検査に当たっては、Ｘ−Ｙテーブル２上に測定対象物１をセットし、図３（ａ）に示すようにカメラ３で被測定対象物１を上方から撮像する（第１のステップＳ１＜図２参照＞）。
【００２４】
この第１のステップＳ１での撮像により得られた画像データ（図３（ｂ）の(I)を参照）は演算処理装置７の画像形状測定部７０に取り込まれて画像処理が為され、画像形状測定部７０から測定対象物１の輪郭線（境界線）抽出が行われ（図３（ｂ）の(II)を参照）、輪郭形状が測定される（第２のステップＳ２）。
【００２５】
この輪郭形状測定が終了すると、予め記憶部８に記憶してある当該測定対象物１の三次元形状データに基づく輪郭線データＤａ（図３（ｃ）の(I)を参照）と画像形状測定部７０で抽出された輪郭線データＤｂ（図３（ｃ）の(II)を参照）とを未測定面検出部７１が比較して、画像形状測定では測定できなかった未測定面を抽出する(第３のステップＳ３）。
【００２６】
ステップＳ３での未測定面の抽出は図３（ｄ）の(I)に示す画像形状測定部７０で抽出した輪郭線に対して図３（ｄ）の(II)に示すように設定した閾値（許容幅）Ｗｔｈの範囲内に三次元形状データの輪郭線が入っているか否かを判定することで行う。つまり、閾値Ｗｔｈの範囲内に入っている輪郭線に囲まれる面は、カメラ３の画像データによって認識できる面であるので、これらの認識できる面を物理的形状測定の対象面から除外するのである。換言すれば画像データによって認識できない面が未測定面として抽出されるのである。図４（ａ）の(I)は除外された面を示し、(II)は測定対象となった面を示す。
【００２７】
さてステップＳ３において除外されずに抽出された物理的形状測定の対象面に対して、次の第４のステップＳ４において、測定プローブ４による三次元形状測定のための測定点（座標データ）群を上述の三次元形状データに基づいて測定点発生部７２が任意間隔で求める処理を行う。
【００２８】
図４（ｂ）の(I)に示すような物理的形状測定の対象面に対して(II)の拡大図で示すように測定点（＋印で示す）を任意間隔で求めて設定するとともに、この設定した測定点に対して測定プローブ４を相対的に移動させる測定経路プログラムを作成する。
【００２９】
そしてコントロール部７３は測定経路プログラムを実行することでテーブル駆動機構部５によりＸ−Ｙテーブル２を移動させ、またプローブ駆動機構部６により測定プローブ２を上下移動させることで、測定プローブ４を各測定点に接触させる制御を行い、形状測定部７４は測定プローブ４からの接触による三次元座標データを取得して当該面の形状測定を行う（第５のステップＳ５）。図４（ｃ）は測定プローブ４が測定対象物１の測定点に接触させている状態を示す。上述のステップＳ４、Ｓ５は全ての物理的形状測定の対象面に対する形状測定が終了したと判定（第６のステップＳ６）されるまで繰り返される。
【００３０】
さて全ての物理的形状測定の対象面に対する形状測定が終了すると、第７のステップＳ７において、照合部７５が画像形状測定部７０での形状測定結果及び形状測定部７４の形状測定結果と、記憶部８に記憶してある当該測定対象物１の三次元形状データとを比較照合してその結果、例えば測定対象物１の形状が所望の形状を満足しているか、否かを示す結果を提示する。つまり外観検査において当該測定対象物が良品か不良品かの判定結果を提示するのである。
【００３１】
以上のようにして本実施形態の外観検査装置は、測定プローブ４を用いて行う物理的形状測定の対象面（領域）を自動的に限定することで、測定対象物１に対する立体形状測定を高速に行え、その結果外観検査の速度を速くすることができる。
（実施形態２）
上述の実施形態１では、図２のフローチャートのステップＳ３でカメラ３の画像データで画像データによって認識できない面が未測定面、つまり測定プローブ４による物理的形状測定の対象面を抽出しているが、本実施形態では未測定面検出部７１に下記のような機能を持たせて更に物理的形状測定の対象面を限定するようにした点に特徴を有する。尚装置全体の構成は実施形態１と同じであるので、ここでは図示せず図１を参照する。
【００３２】
さて本実施形態の外観検査装置の未測定面検出部７１では、図５（ａ）に示すように上述のステップＳ３で検出された物理的形状測定の対象面の輪郭形状α（輪郭線）をカメラ３の撮像方向βに投影し、この投影した形状（図５（ｂ）の(I)）と、画像データより抽出した測定対象物１の輪郭形状（輪郭線）（図５（ｂ）の(II)とを照合し、この照合によって画像データを用いて測定できた輪郭形状(輪郭線）とできなかった輪郭形状（輪郭線）とを夫々抽出する。
【００３３】
図５（ｂ）の(III)はその抽出結果を示しており、測定できた輪郭形状を実線ａで、またできなかった輪郭形状を破線ｂで示してある。
【００３４】
而して未測定面検出部７１は図２におけるステップＳ４へ移行する前に図５（ａ）、（ｂ）で示す処理を行い、図５（ｃ）の(I)に示すように上述の実線ａに含まれる面を物理的形状測定の対象面から更に除外し、実線ａに含まれない破線で示す面(図５（ｃ）の(II)）のみを物理的形状測定の対象面(未測定面）と最終的に検出するのである。
【００３５】
これにより本実施形態では物理的形状測定の対象面を実施形態１に比して限定することができ、更に高速に立体形状測定が行えることになる。
【００３６】
尚図５（ｄ）は測定プローブ１を物理的形状測定の対象面の測定点（＋で示す）に対して接触させて測定を行っている状態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態１の外観検査装置の全体構成図である。
【図２】実施形態１の動作説明用フローチャートである。
【図３】実施形態１の動作説明図である。
【図４】実施形態１の動作説明図である。
【図５】実施形態２の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  測定対象物
２  Ｘ−Ｙテーブル
３  カメラ
４  測定プローブ
５  テーブル駆動機構部
６  プローブ駆動機構部
７  演算処理装置
７０  画像形状測定部
７１  未測定面抽出部
７２  測定点設定部
７３  コントロール部
７４  形状測定部
７５  照合部
８  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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